土木工程材料 第三章水泥.pptx

1介绍水泥水泥的概念：是加水拌合成可塑性浆体，能胶结砂石等适当材料，并能在空气中和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料水硬性：指材料磨成细粉加水拌合成浆后，能在潮湿的空气中和水中硬化，并形成稳定化合物的性能。分类：按照标准命名法分：第1页/共51页2按照标准命名法分第2页/共51页3第一节 硅酸盐水泥主要内容一、硅酸盐水泥介绍二、硅酸盐水泥的主要矿物成分及矿物特性三、硅酸盐水泥的凝结和硬化四、水泥石的结构五、硅酸盐水泥的主要技术性质六、水泥石的腐蚀及其防止七、硅酸盐水泥的特性和应用第3页/共51页4一、硅酸盐水泥介绍概念：由硅酸盐水泥熟料，掺或不掺5%以内的石灰石或粒化高炉矿渣（活性混合材料），加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。1两种类型：型：不掺活性混合材料 型：掺活性混合材料六个强度等级42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R R-表示早强型第4页/共51页5硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产：两磨一烧第5页/共51页6二、硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分及矿物特性性能指标熟料矿物硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙化学简式C3SC2SC3AC4AF相对含量3760%1530%715%1018%水化凝结硬化速率快慢最快快水化热多少最多中早期强度高低低低后期强度高高低低耐腐蚀性中中差好第6页/共51页7水泥熟料熟化时强度增长曲线第7页/共51页8三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化1、水化反应：反应特点C3SHC3S2H3CH 快，放热量大C2SHC3S2H3CH 慢，放热量小C3AHC3AH6 最快，放热量最大C4AFH C3AH6 CFH 较快，放热量居中调凝：C3AH6 SH2 H C3AS3H31水化产物：胶体：水化硅酸钙 水化铁酸钙 70%以上 晶体：氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 20%第8页/共51页9三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化2、硅酸盐水泥的凝结、硬化：第9页/共51页10水化、凝结和硬化示意图四个时期：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期第10页/共51页11四、水泥石的结构 1未水化的水泥颗粒2水化硅酸钙等胶体3 凝胶孔4 毛细孔5氢氧化钙等晶体12345第11页/共51页12问题：影响水泥石强度的因素问题：影响水泥石强度的因素主要有哪些？（水泥石的结构：水化产物的类型、相对含量、孔结构、孔隙率）1、水泥的品种、强度等级。12、水化程度：越大，水化产物越多，孔隙及 未水化的颗粒越少，密实程度越高，强度越高影响水化程度的因素有哪些（1）养护温度和湿度：必须 2 （2）养护时间：越长，越高。特别前四周 3第12页/共51页13 1 3、水灰比：W/C，它决定了孔结构和孔隙率；W/C越小，P 越小，毛细孔越少，强度越高。第13页/共51页14水化程度及水灰比对强度的影响示意图体积率体积率1.01.01.01.000毛细孔 凝胶孔 凝胶体未水化水泥 水化程度图1.W/C=0.4同一W/C，当水化程度，则P，凝胶体，R；当水化程度，则P ，凝胶体，R 毛细孔 凝胶孔 凝胶体未水化水泥 水化程度图2.W/C=0.7同一水化程度，W/C，则P ，凝胶体，R ；W/C ，则P ，凝胶体，R 第14页/共51页15五、硅酸盐水泥的技术性质1、细度：密度-决定于水泥熟料的矿物组成，取3.10g/cm3 堆密度-决定于水泥熟料的矿物组成、细度、堆积紧密程度 1 一般计算时取1300Kg/m3 细度-水泥颗粒的粗细程度 2 规定：比表面积大于300m2/Kg2、标准稠度及其用水量：33、凝结时间：初凝，不得过早，不早于45min；终凝，不得过迟，不迟于6h30min。第15页/共51页16影响水泥凝结时间的因素影响水泥凝结时间的因素：（1）熟料中C3A含量过高，石膏掺量不足，使水泥快凝 （2）水泥细度越细，水化越快，凝结越快 （3）W/C比越小，凝结时温度越高，凝结越快 （4）混合材料掺量越大，水泥过粗，使凝结缓慢第16页/共51页17五、硅酸盐水泥的技术性质4、体积安定性：指水泥硬化时体积的稳定性（或体积变化的均匀性）分：体积安定性不良与体积安定性良好体积安定性不良的原因：水泥中含有过量的游离氧化钙和氧化镁以及石膏，在水泥硬化后开始或继续反应，其反应生成物体积膨胀，使水泥石胀裂。规定：水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0%MgO SO3不超过3.5%，矿渣水泥是4.0%石膏 用煮沸法或雷氏法检验必须合格 CaO第17页/共51页18水化热5、水化热：水化反应放出的热量 与矿物组成有关：C3A C3S C4AF C2S 与细度有关：颗粒越细，水化热越大。水化热大的水泥，有利于冬季施工，不利于 大体积混凝土，会产生温度裂缝第18页/共51页19五、硅酸盐水泥的技术性质6、水泥胶砂强度：按规定方法测定得到的水泥强度。硅酸盐水泥-普通水泥-矿.火.粉.水泥-复合水泥第19页/共51页20六、水泥石 的腐蚀及其防止水泥石的腐蚀：水泥石在某些腐蚀性介质作用下，结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂的现象。主要内容：（一）几种主要的腐蚀作用 （二）水泥石受腐蚀的内在原因 （三）防止腐蚀的措施第20页/共51页21（一）几种重要的腐蚀作用1、软水的腐蚀：溶出性化学腐蚀 能溶解水泥石中的氢氧化钙，并促使硬化水泥石中 的其它产物 溶 解-溶析溶出性化学腐蚀 在软水中，Ca（OH）2 Ca2-2OH-1 1 在含有一定重碳酸盐的硬水中，本身Ca2-浓度高，另：Ca（HCO3）2+Ca（OH）2 CaCO3+H2O 重碳酸盐 2第21页/共51页222、硫酸盐的腐蚀：膨胀性化学腐蚀 C3AS3H31（针状晶体）体积膨胀1.5倍硫酸盐为-水泥杆菌提问：这时候的硫酸盐变成了硫酸钙和起调凝作用的石膏有什么不同？1第22页/共51页23（一）几种主要的腐蚀作用3、溶解性化学腐蚀：新物质强度低，易溶于水，使水泥石强度降低或破坏第23页/共51页24（一）几种主要的腐蚀作用3、溶解性化学腐蚀：（1）镁盐的腐蚀-海水和地下水中大量存在 (溶于水)(松软无胶凝性)(体积膨胀)MgSO4是双重腐蚀MgCl2+Ca（OH）2Mg（OH）2+Ca Cl2 (松软无胶凝性)(溶于水)第24页/共51页25（一）几种主要的腐蚀作用3、溶解性化学腐蚀 （2）碳酸的腐蚀：1 Ca（OH）2+CO2+H2 O CaCO3 +H2 O CaCO3+CO2 +H2 O Ca（HCO3）2 （3）一般酸的腐蚀：2 HCl+Ca（OH）2 Ca Cl2+H2 O H2 SO4+Ca（OH）2 Ca SO4 2 H2 O第25页/共51页264、强碱的腐蚀：1C3A（未水化）+NaOH 3Na O Al2 O3 +3Ca（OH）2 （易溶）水泥石被氢氧化钠容易浸透后又在空气中干燥，然后吸水：NaOH +CO2 Na2CO3+H2O （吸水后体积膨胀）第26页/共51页27（二）水泥石受腐蚀的内在原因1、水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水 化铝酸钙等物质2、水泥石本身结构不密实，使侵蚀性介质易 于进入其内部，加剧腐蚀。1第27页/共51页28（三）防止水泥石腐蚀的措施1、根据使用环境，合理选择水泥品种2、提高水泥石的密实程度：（1）合理设计配合比，采用低水灰比（2）选择良好的施工方法，加强养护（3）进行表面处理（碳化或硅氟酸处理），提高表面的密实程度，减少侵蚀性介质的侵入3、加做保护层第28页/共51页29七、硅酸盐水泥的特性和应用1、强度较高，重要用于重要结构的高强混凝土和 预应力混凝土工程2、凝结硬化快，耐冻性好，抗碳化性、耐磨性好，干缩小，用于要求混凝土凝结硬化快，早期 强度高，冬季施工及严寒地区遭受反复冻融循环 的工程。3、含有较多的氢氧化钙，耐软水和耐化学腐蚀性差，不适用于经常与流动的淡水接触及有水压作用的 工程，也不适用于受到海水、矿物水等作用的工程。4、耐热性差 1第29页/共51页305、水化热大，适用于冬季施工，不适用于大体积 混凝土工程硅酸盐水泥的储存：1高度：10袋，1t/m2一般条件下储存：2 3个月，强度下降10%20%6个月，强度下降15%30%1年，强度下降25%40%有效储存期：不超过3个月第30页/共51页31第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥主要内容一、硅酸盐水泥中掺混合材料的目的，有哪些 混 合材料二、有哪些掺混合材料的硅酸盐水泥，它们的 组成、技术性质、强度三、五种常用水泥的特性和使用范围第31页/共51页32一、水泥中掺混合材料的作用及混合材料的种类（一）水泥中掺混合材料的作用：改善水泥的特性，增加水泥品种，提高产量，并节约水泥熟料，降低成本，扩大水泥的使用范围。（二）混合材料：分为活性混合材料和非活性混合材料1、活性混合材料：指具有火山灰性、潜在的水硬性的物质 火山灰性本身不具有水硬性，在常温下与石灰一起 加水后的浆体具有水硬性 （二次反应）第32页/共51页33活性混合材料主要有三种：粒化高炉矿渣 火山灰 粉煤灰（1）粒化高炉矿渣：1玻璃态结构，疏松颗粒，具有较高的活性，颗粒直径一般为0.50.55mm 主要化学成分：氧化钙、氧化硅、氧化铝（2）火山灰：具有火山灰性的天然或人工的矿物材料 天然：火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等 人工：烧粘土、煤矸石灰渣、粉煤灰、硅灰 按化学成分分：含水硅酸质、铝硅玻璃质、烧粘土质 2（3）粉煤灰：3从煤气中收集起来的灰渣飞灰，粒径0.0010.005mm，呈玻璃态或空心的球状物 主要化学成分：氧化硅、氧化铝、（少）氧化钙第33页/共51页342、非活性混合材料：改善砂浆或混凝土的和易性 不具有水硬性或火山灰性，与水泥矿物成分不起化学作用，其作用：调节水泥强度，增加产量，降低水化热，扩大水 泥的使用范围常用：磨细石英砂、石灰石粉、粘土、磨细的块状高炉矿 渣或炉灰第34页/共51页35二、掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥有五种：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥（一）普通硅酸盐水泥：简称-普通水泥 PO 组成熟料、混合材料（615%）、石膏磨细 1 强度等级六个，32.5，32.5R，42.5，42.5R，52.5，52.5R 2 强度要求：3d和28d的抗压抗折强度第35页/共51页36 火山灰水泥 硅酸盐水泥 普通水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 矿渣水泥第36页/共51页37 凝结时间-初凝不早于45min，终凝不迟于10h 细度0.080mm方孔筛筛余量不大于10%安定性用煮沸法检验必须合格 性能与硅酸盐水泥相似 （二）矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥 PS 组成熟料、混合材料（粒化高炉矿渣2060%）、石膏磨细（三）火山灰质硅酸盐水泥 简称火山灰水泥 PP 组成熟料、混合材料（火山灰质2050%）、石膏磨细第37页/共51页38（三）粉煤灰硅酸盐水泥 简称粉煤灰水泥 PF 组成熟料、混合材料（粉煤灰2054%）、石膏磨细 性能和普通水泥相似 三种水泥相比较：矿渣耐腐，火山灰抗渗，粉煤灰抗裂第38页/共51页39（五）复合水泥：组成-硅酸盐水泥熟料+两种或两种以上的混合材料+石膏 混合材料的掺量在15%50%性质-（和普通水泥比较）水化热，耐腐蚀性，抗冻性，抗渗性第39页/共51页40常用水泥的特性第40页/共51页41常用水泥的选用第41页/共51页42第三节 高铝水泥组成：以铝酸钙为主，Al2O3含量达50%的熟料，磨细制成主要化学成分：CA主要水化产物：200C时，CAH10 20300C时，C2AH8 300C时，C3AH6转化的不利：1、转化中脱水，固相体积减少形成孔隙 2、C3AH6缺陷多，使水泥石强度显著下降 转化速度随温度升高而加速强度：高 标号：425，525，625，725 各龄期强度值见下表：第42页/共51页431d、3d抗压抗折强度，以3d抗压值定标号第43页/共51页44高铝水泥的特性：1、快凝早强，早期强度增长快，后期强度会有所下降；2、水化放热量大，且集中在早期3、抗硫酸盐腐蚀能力强，但抗碱性极差4、耐高温性能好。高铝水泥适用：1、紧急军事工程、抢修工程2、冬季施工3、配制耐火混凝土4、有抗硫酸盐要求的工程第44页/共51页45 时间浆体玻璃纤维在水泥浆中的断裂强力自然养护28天湿热循环1个月湿热循环2个月湿热循环3个月湿热循环4个月氯氧镁水泥9.69.59.59.59.5硅酸盐水泥8.84.31.30.70.5高铝水泥10.510.410.310.210.2第45页/共51页46高铝水泥使用注意事项：1、不能进行蒸汽养护2、不能在炎热的夏季施工3、不能与硅酸盐和石灰相混，不能与尚未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触使用4、避免骨料中含碱5、不宜用于长期承载结构第46页/共51页47第五节 其它水泥一、膨胀水泥：在硬化过程中有一定数量的体积膨胀 1品种：硅酸盐膨胀水泥 铝酸盐膨胀水泥 硫铝酸盐膨胀水泥 铁铝酸盐膨胀水泥 2膨胀：生成钙矾石分：膨胀水泥和自应力水泥 3 2.0 2.0 Mpa应用：膨胀水泥：配制收缩补偿混凝土 自应力水泥：配制自应力钢筋混凝土压力管及配件 3二、白色和彩色硅酸盐水泥：第47页/共51页48判断题1、石灰陈伏是为了消除过火石灰的危害。2、石膏浆石灰浆水泥浆三种稠度相近的胶凝材料,浆体硬化时收缩最大的是水泥浆。3、一般建筑石膏适用于室内外。4、某陈伏一周的石灰配石灰砂浆，后出现突出的放射性裂纹，此是因其所含过火石灰陈伏时间不足所致。5、同为42.5R强度等级的硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，早期强度相同。6、影响硅酸盐水泥体积安定性的三重要因素是游历氧化钙含量过高，氧化镁含量过高，三氧化硫含量过高。7、硅酸盐水泥与矿渣水泥相比，前者的泌水性教大。8、水泥降的水灰比越大，水化速度越快，凝结硬化越快。9、一般说来，火山灰水泥的干缩大于硅酸盐水泥。10、高铝水泥制品适宜蒸汽养护。第48页/共51页49选择题1、外墙砂浆胶凝材料选择以为主。A、石灰 B、石膏 C、水泥2、提高硅酸盐水泥的早期强度，宜增加熟料矿物含量。A、C2S、C3A B、C3S、C3A C、C4S、C4AF3、高铝水泥的3天强度同强度等级的硅酸盐水泥 A、高于 B、等于 C、小于4、火山灰水泥的干缩普通水泥 A、等于 B、大于 C、小于5、水泥颗粒越细，强度越高，次说法。A、不完全对 B、完全对 C、完全错。6、需建烟气沉降室做废烟气预处理，烟气温度60100度，选用较合适。A、硅酸盐水泥 B、普通水泥 C、矿渣水泥第49页/共51页507、中热硅酸盐水泥的含量低。A C3S、C3A、C4AF B C3S、C3A和游离氧化钙 C C2S、C3A和游离氧化钙8、粉煤灰水泥抗腐蚀性能优于硅酸盐水泥是因为水泥石中 。A、氢氧化钙含量较低，结构较致密。B、氢氧化钙含量较高，结构较致密。C、氢氧化钙含量较高，结构不致密。9、道路硅酸盐水泥熟料矿物组成。A、C3A低，C4AF高 A、C3A低，C4AF低 A、C3A高，C4AF低10、白色硅酸盐水泥的含量低。A、铝 B、铁 C、钙第50页/共51页51感谢您的观看。第51页/共51页